生物乙醇作为一种可再生的清洁能源,用来代替煤炭、石油等不可再生的能源,可以极大地缓解目前存在的能源危机,并且绿色、环保、无污染,减轻大气污染,因此非常有望逐渐替代传统的化石燃料。众所周知,生物乙醇的发酵过程是一个典型的产物抑制过程,即在发酵过程中,随着产物生物乙醇的逐渐增多,会对整个发酵过程造成一种抑制作用,从而使得发酵过程越来越缓慢,产率慢慢降低。因此就需要找到一种方法,可以及时、在线地将生成的产物乙醇分离出来,从而减小这种产物的抑制作用。蒸汽渗透过程相比较于传统的渗透汽化技术来说,虽然与之有很多相似之处,但是从目前的研究结果来看,它却有自己相对于渗透汽化过程来说很独特的一些优势,比如,蒸汽直接与膜表面接触,大大降低膜污染,更有利于实现膜材料的循环利用和长期利用,并且在工业范围内可以有望实现大规模的生产。因此很多科学家和学者开始重视研究蒸汽渗透过程,并且尝试将这种独特的过程与生物乙醇的发酵过程进行耦合,以此来实现对发酵过程中产物乙醇进行原位分离的目的,从而减弱产物乙醇对整个发酵过程的抑制作用。本课题起初用实验室自制的PDMS膜在实验室传统研究的渗透汽化技术条件下来分离低浓度的乙醇/水溶液,但是,在此过程中考虑到自制的PDMS膜存在的膜厚度大、渗透通量比较低的问题,并且始终无法克服渗透汽化存在的一系列问题,如膜污染严重导致渗透通量有所下降等。后来用实验室自己配制的低浓度的乙醇/水溶液模拟发酵液对蒸汽渗透过程进行了一系列的实验研究,采用外置式的气相循环蒸汽渗透技术,考察了不同料液浓度、不同料液温度和膜器温度、不同的循环气量(不同的蒸汽的体积流量)、不同膜材料、不同的后侧真空度、不同的后侧冷凝温度、不同的气相温度、不同的V/A比(料液体积/膜面积)等实验条件对蒸汽渗透过程分离乙醇/水溶液实验的影响。另外还用商业PDMS膜在蒸汽渗透条件下考察了不同的待分离体系的蒸汽渗透性能。在此实验结果的基础上,基本上大致可以确立蒸汽渗透过程用于低浓度乙醇/水分离的实验操作条件,为后续的大规模研究和工业化生产奠定理论基础。实验结果表明：用实验室自制的PDMS膜在分离低浓度乙醇/水溶液的时候,分离因子一般可以达到10左右,但是渗透汽化过程的通量一般比较低,只能在300-500g/(m2.h)。接下来考察商业的PDMS膜的蒸汽渗透性能,随着料液浓度的升高,商业PDMS膜的蒸汽渗透通量稍微有所提高,分离因子明显有所提高。随着料液温度和膜器温度的提高,商业PDMS膜的蒸汽渗透通量稍微有所提高,分离因子亦稍微有所提高。但是随着气相温度的升高和蒸汽体积流量的增加,商业PDMS膜的蒸汽渗透通量和分离因子都呈现比较明显的提高。在研究考察蒸汽的体积流量对商业PDMS膜的蒸汽渗透性能影响实验中,分别考察了未加入和加入空气分布器两组对比实验,结果发现随着蒸汽的体积流量的增加,渗透通量刚开始都是呈现快速增大的趋势,然后稍微有所下降,分离因子也是同样的变化趋势；只是在加入空气分布器之后,在同样的其他操作条件下,渗透通量和分离因子相比于不加空气分布器的情况下都有所增加。随着后侧真空度的增加,渗透通量呈现缓慢增加的趋势,分离因子则一直有所下降。随着后侧冷凝温度的降低,渗透通量呈现明显的增加,分离因子也明显增大。接下来进行了不同膜材料之间的蒸汽渗透性能对比实验,研究结果表明,商业PDMS虽然在渗透通量方面虽然达不到其他经过改性过的PVTES(聚乙烯基三乙氧基硅烷)膜的水平,但是在分离因子上面还是占有绝对的优势。然后,作为单独一部分考察了最开始制备PDMS膜时不同的溶剂用量对膜的蒸汽渗透性能的影响,发现随着制备时添加的溶剂量的增加,渗透通量呈现明显的增加,但是分离因子在溶剂用量达到一定水平之后开始下降。最后比较考察了商业的PDMS膜对不同的料液体系的分离性能,发现商业PDMS膜不仅仅适用于低浓度乙醇/水溶液的分离,对于低浓度的正丁醇/水溶液也有相当好的分离效果,这就为商业PDMS膜在其他一些分离过程当中的应用提供了一定的参考价值。